1. 云原生

“云原生”這一概念的提出者M(jìn)att Stine于2017年將云原生歸納為模塊化、可觀察、可部署、可測(cè)試、可替換、可處理6特質(zhì)。而云原生領(lǐng)域影響力最大最有話語(yǔ)權(quán)的組織CNCF，他們給出的定義則是這樣的：

云原生技術(shù)有利于各組織在公有云、私有云和混合云等新型動(dòng)態(tài)環(huán)境中，構(gòu)建和運(yùn)行可彈性擴(kuò)展的應(yīng)用。云原生的代表技術(shù)包括容器、服務(wù)網(wǎng)格、微服務(wù)、不可變基礎(chǔ)設(shè)施和聲明式API。

這些技術(shù)能夠構(gòu)建容錯(cuò)性好、易于管理和便于觀察的松耦合系統(tǒng)。結(jié)合可靠的自動(dòng)化手段，云原生技術(shù)使工程師能夠輕松地對(duì)系統(tǒng)作出頻繁和可預(yù)測(cè)的重大變更。

云原生中的“云”表示存在于云中，而不是傳統(tǒng)的部署于本地。比如云盤中的文件就在云中，而不是存儲(chǔ)在用戶電腦的硬盤中。“原生”則代表著應(yīng)用從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)便考慮到云環(huán)境的因素，為云而設(shè)計(jì)，在云上運(yùn)行。

一句話概括，“云原生”就是為“云”而設(shè)計(jì)，且適合上“云”。更有人形容，云原生是生在云上，長(zhǎng)在云上，也應(yīng)用于云上。

2. 云原生數(shù)據(jù)庫(kù)

云原生數(shù)據(jù)庫(kù)，是一種通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建、部署和分發(fā)的服務(wù)。這種云原生屬性是它相比于其他類型數(shù)據(jù)庫(kù)最大的特點(diǎn)。作為一種云平臺(tái)，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)以PaaS(平臺(tái)即服務(wù), Platform-as-a-Service)的形式進(jìn)行分發(fā)，經(jīng)常被稱作DBaaS(數(shù)據(jù)庫(kù)即服務(wù), DataBase-as-a-Service)。用戶可以將該平臺(tái)用于多種目的，例如存儲(chǔ)，管理和提取數(shù)據(jù)。

云原生數(shù)據(jù)庫(kù)通常通過(guò)在云基礎(chǔ)設(shè)施之上安裝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方式使得云原生數(shù)據(jù)庫(kù)具備了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)所不具備的直接訪問(wèn)性和運(yùn)行時(shí)可伸縮性。

首先是普遍可訪問(wèn)和高可用性。因?yàn)樵圃鷶?shù)據(jù)庫(kù)是完全存在于云上的，所以他可以隨時(shí)隨地的從多前端訪問(wèn)，提供云服務(wù)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。因其集群部署在云上，所以單點(diǎn)失敗對(duì)服務(wù)的影響特別小。而且當(dāng)需要升級(jí)或更換服務(wù)的時(shí)候，可以對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行不中斷服務(wù)的逐漸升級(jí)。

其次是高擴(kuò)展性與可遷移性。云原生數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)與底層的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施分離，所以能夠靈活及時(shí)的調(diào)動(dòng)資源進(jìn)行擴(kuò)容和縮容，以從容應(yīng)對(duì)流量激增可能帶來(lái)的壓力，以及流量低谷期因資源過(guò)剩造成的浪費(fèi)。也正是因?yàn)槟軌蜢`活擴(kuò)縮容，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)也具備很強(qiáng)的可遷移性，我們甚至可以粗暴的理解為在新的位置擴(kuò)容100%又在舊的位置縮容全部的50%。

此外，基于高擴(kuò)展性、高可用性以及可遷移性等特征，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)還具備可監(jiān)控性和安全性的特征。

一方面黑箱狀態(tài)下無(wú)法保證及時(shí)處理擴(kuò)容、節(jié)點(diǎn)故障等需求和問(wèn)題；另一方面全盤部署在云上且各服務(wù)之間相互獨(dú)立，可以對(duì)應(yīng)用或服務(wù)提供更多層的安全防護(hù)和實(shí)現(xiàn)許多新的容錯(cuò)服務(wù)。

最后是演進(jìn)式設(shè)計(jì)與快速迭代。云原生數(shù)據(jù)庫(kù)中的各項(xiàng)服務(wù)之間是相互獨(dú)立的，個(gè)別服務(wù)的更新并不會(huì)對(duì)其他部分產(chǎn)生不利影響，而不是一旦出了問(wèn)題就只能全場(chǎng)熄火。此外，云原生的研發(fā)測(cè)試和運(yùn)維工具是高度自動(dòng)化的，這使得應(yīng)用的更新會(huì)更加快速頻繁。

將網(wǎng)絡(luò)資源和云更好的融合在一起，處處獨(dú)立而又自然聯(lián)系著，才能更充分的發(fā)揮數(shù)據(jù)庫(kù)上云的優(yōu)勢(shì)，得到更高的效率。

云原生數(shù)據(jù)庫(kù)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1) 易處置性簡(jiǎn)單來(lái)講， 易處置性是指數(shù)據(jù)庫(kù)在無(wú)需事先通知的情況下，即時(shí)處理崩潰或啟動(dòng)進(jìn)程的能力。盡管現(xiàn)在有先進(jìn)的技術(shù)，但是像磁盤故障、網(wǎng)絡(luò)隔離故障，以及虛擬機(jī)異常等，仍然不可避免。

(2) 對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，這些故障尤其有害，因?yàn)橛脝蝹€(gè)機(jī)器運(yùn)行整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，即便一個(gè)很小的問(wèn)題都可能影響所有功能。而云原生數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)具有顯著的易處置性，即允許虛擬機(jī)在即時(shí)通知下立即重啟或重新調(diào)度。實(shí)際上，易處置性已從單個(gè)虛擬機(jī)擴(kuò)展到了整個(gè)數(shù)據(jù)中心。隨著我們的環(huán)境持續(xù)朝著更加穩(wěn)定的方向發(fā)展，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)將發(fā)展到對(duì)此類故障無(wú)感知的狀態(tài)。

(3) 增強(qiáng)的安全性DBaaS運(yùn)行在受高度監(jiān)控和安全的環(huán)境里，受到反惡意軟件、反病毒軟件和防火墻的保護(hù)。除了全天候的監(jiān)控和定期的軟件升級(jí)以外，云環(huán)境還提供了額外的安全性。相反，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)容易遭受數(shù)據(jù)丟失和被不受限制的訪問(wèn)?；诜?wù)提供商通過(guò)即時(shí)快照副本提供的數(shù)據(jù)能力，用戶可以達(dá)成“RPO=0，RTO<60秒”的目標(biāo)。

(4) 可擴(kuò)展性能夠在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行按需擴(kuò)展的能力是任何企業(yè)成長(zhǎng)的先決條件。因?yàn)檫@種能力讓企業(yè)可以專注于追求商業(yè)目標(biāo)，而不用擔(dān)心存儲(chǔ)空間大小的限制。

(5) 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)將所有文件和資源都存儲(chǔ)在同一主機(jī)中，而云原生數(shù)據(jù)庫(kù)則不同，它不僅允許你以不同的方式存儲(chǔ)，而且不受存儲(chǔ)問(wèn)題的影響。

(6) 更好的可訪問(wèn)性傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)最重要的限制之一，是它只能通過(guò)連接數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)本身進(jìn)行訪問(wèn)。而云原生數(shù)據(jù)庫(kù)提供對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)全天候的訪問(wèn)，以便你隨時(shí)進(jìn)行任何修改，而你只需要一個(gè)可以訪問(wèn)internet的計(jì)算機(jī)。這樣一來(lái)，就消除了可能發(fā)生的潛在的延遲，同時(shí)也為多個(gè)開(kāi)發(fā)人員之間的協(xié)作開(kāi)辟了途徑。

(7) 顯著的成本節(jié)約建立一個(gè)數(shù)據(jù)中心是一項(xiàng)獨(dú)立而完備的工程，需要大量的硬件投資，還需要能可靠管理和維護(hù)數(shù)據(jù)中心的訓(xùn)練有素的運(yùn)維人員。此外，持續(xù)的運(yùn)維會(huì)給你的財(cái)務(wù)帶來(lái)相當(dāng)大的壓力。而使用云原生的DBaaS平臺(tái)，你可以以較低的前期成本，獲得一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫(kù)，這可以讓你騰出雙手，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的資源分配。

云最開(kāi)始受益的就是應(yīng)用端，傳統(tǒng)架構(gòu)下曾經(jīng)以“天”為單位的擴(kuò)容，云端能實(shí)現(xiàn)“秒級(jí)”擴(kuò)容，降低軟硬件成本的同時(shí)，提高了系統(tǒng)的快速擴(kuò)容能力，以應(yīng)對(duì)像“雙十一”這種可預(yù)見(jiàn)且短時(shí)間的請(qǐng)求量高峰。但是有些云端應(yīng)用還是訪問(wèn)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)層沒(méi)得到云端的實(shí)惠。現(xiàn)在這種云原生數(shù)據(jù)庫(kù)，就解決了這問(wèn)題，計(jì)算和存儲(chǔ)分離，讓數(shù)據(jù)庫(kù)資源能從云端得到靈活擴(kuò)容、故障快速恢復(fù)、更高的可靠性、數(shù)據(jù)快速遷移等，更快滿足業(yè)務(wù)的各種需求。

3. 云原生分布式數(shù)據(jù)庫(kù)

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是由多個(gè)相互連接的數(shù)據(jù)庫(kù)組成的集合，這些數(shù)據(jù)庫(kù)組合在一起形成一個(gè)面向用戶的單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)際上，它們分布式在各個(gè)數(shù)據(jù)中心，通過(guò)中央服務(wù)器進(jìn)行通信。

正如微軟的著名工程師布倫丹?伯恩斯(Brendan Burns)在其著作《設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)》(Designing Distributed Systems)中所說(shuō)：“這些系統(tǒng)越來(lái)越重要，這意味著必須基于冗余、容錯(cuò)和高可用來(lái)構(gòu)建這些在線系統(tǒng)。這些要求的融合導(dǎo)致需要構(gòu)建的分布式系統(tǒng)數(shù)量增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)?！?/p>

云原生數(shù)據(jù)庫(kù)，是通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建、部署和交付的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，通常以 DBaaS(Database-as-a-Service)的形態(tài)，將數(shù)據(jù)庫(kù)底層細(xì)節(jié)隱藏起來(lái)，提供給用戶一個(gè)能夠彈性伸縮，高可用、高可靠、可以?隨時(shí)隨地訪問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，它代表了數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展趨勢(shì)，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)，加上分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的效率，代表了未來(lái)理想的解決方案。

以下是你可能考慮采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的一些原因：

(1) 水平可伸縮性。在選擇正確的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式時(shí)，可伸縮性是一個(gè)重要的考慮因素。這就是云原生分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是理想解決方案的原因，因?yàn)樗试S企業(yè)輕松擴(kuò)展。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵特性之一是跨不同數(shù)據(jù)源的計(jì)算過(guò)程彼此獨(dú)立，這使得按需添加節(jié)點(diǎn)和調(diào)整功能變得非常容易。選擇以如此大規(guī)模提高計(jì)算能力是一個(gè)強(qiáng)大的增長(zhǎng)手段，它使現(xiàn)代企業(yè)能夠以前所未有的方式在全球發(fā)展。

(2) 沒(méi)有單點(diǎn)故障。衡量應(yīng)用程序性能的唯一標(biāo)準(zhǔn)是它為最終用戶提供的用戶體驗(yàn)水平。對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，由于高度的相互依賴，中央服務(wù)器的單個(gè)問(wèn)題會(huì)損害工作負(fù)載的可用性。如果一臺(tái)(唯一的)服務(wù)器出現(xiàn)故障，則可能導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用程序崩潰，而這將導(dǎo)致用戶體驗(yàn)指標(biāo)急劇下降。鑒于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的復(fù)雜性，而服務(wù)器崩潰是不可避免的，這進(jìn)一步破壞了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方法。相反，由于數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)服務(wù)器相互配合工作，因此分布式數(shù)據(jù)庫(kù)可以確保即使多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，應(yīng)用程序仍能繼續(xù)正常運(yùn)行。即使部分功能受到影響，整體功能卻能正常運(yùn)行。

(3) 增強(qiáng)的性能潛力。應(yīng)用程序每秒都要面對(duì)數(shù)百個(gè)針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的請(qǐng)求，這需要強(qiáng)大的處理能力。對(duì)于傳統(tǒng)的方式，可能會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題、用戶界面延遲等，從而影響整體的用戶體驗(yàn)。比如，異常多的請(qǐng)求甚至可能導(dǎo)致應(yīng)用程序崩潰。而在云原生的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中，工作負(fù)載和訪問(wèn)請(qǐng)求被分散到多個(gè)服務(wù)器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上。這意味著每個(gè)任務(wù)都由特定系統(tǒng)處理，而不是通過(guò)單個(gè)系統(tǒng)處理。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)持續(xù)無(wú)縫地工作，并提高了工作效率。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)請(qǐng)求和工作負(fù)載都是并行完成的，然后將其執(zhí)行結(jié)果返回給中央服務(wù)器，以便在數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶端實(shí)時(shí)更新。

國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)正在云的道路上探索，數(shù)據(jù)庫(kù)未來(lái)的發(fā)展方向，已經(jīng)漸漸明朗，但是，作為學(xué)習(xí)者，還是要沉下來(lái)，打好基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際需求，有的放矢地嘗試，切忌盲目跟風(fēng)。